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 為了解決三副本分布式存儲面臨的性能問題、穩(wěn)定性及可靠性等缺陷，道熵的鐵力士分布式存儲采用雙重RAID保護機制,在前文中我們探討了分布式存儲的基本原理，分析了三副本分布式存儲的潛在隱患：

• 性能問題：三副本分布式存儲受到IO分布不均勻和木桶效應的影響，導致大延遲和響應遲鈍的現(xiàn)象;
• 穩(wěn)定性問題：頻繁的數(shù)據(jù)重建會導致用戶業(yè)務受到影響、甚至業(yè)務中斷;
• 數(shù)據(jù)丟失風險：尤其是，當硬件老化，或出現(xiàn)大規(guī)模掉電或節(jié)點意外宕機時，可能會導致多個機械硬盤同時出現(xiàn)損壞，危及三副本分布式存儲的數(shù)據(jù)安全。

為了解決三副本分布式存儲面臨的性能問題、穩(wěn)定性及可靠性等缺陷，道熵的鐵力士分布式存儲采用雙重RAID保護機制，除了繼承網(wǎng)絡RAID(節(jié)點間副本、跨節(jié)點糾刪碼)和一致性哈希隨機分布數(shù)據(jù)的特點，鐵力士將磁盤陣列特有的節(jié)點內RAID技術和存儲虛擬化(池化)管理技術, 即Storage Virtualization Manager (SVM)，與分布式技術相結合，如圖2所示。

圖 2 OneStack分布式存儲雙重Raid機制

網(wǎng)絡Raid技術

在鐵力士分布式存儲中，每個數(shù)據(jù)塊按照一致性哈希算法，隨機選擇兩個不同存儲節(jié)點來保存數(shù)據(jù)的兩個副本，保證當任何一個節(jié)點宕機時，仍有一個數(shù)據(jù)副本保證讀寫操作，確保業(yè)務高可用和數(shù)據(jù)安全。

節(jié)點內Raid技術

在鐵力士分布式存儲的每個節(jié)點內，通過SVM存儲虛擬化技術實現(xiàn)節(jié)點內的RAID數(shù)據(jù)保護，RAID級別選擇可以是鏡像，也可以是存儲效率更高的RAID5或6。節(jié)點內RAID保護可抵御單個或多個硬盤損壞，故障修復限制在節(jié)點內部，無需觸發(fā)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)重建，有效地避免了網(wǎng)絡重建風暴。

節(jié)點內RAID結合網(wǎng)絡Raid(跨節(jié)點的副本/EC碼)技術，鐵力士實現(xiàn)了雙重RAID數(shù)據(jù)保護。在三副本架構中，一旦同時出現(xiàn)三塊磁盤故障或受損，數(shù)據(jù)就可能丟失;而在雙重RAID架構中，即使每個節(jié)點同時出現(xiàn)一塊磁盤故障，數(shù)據(jù)仍然無憂，業(yè)務仍然持續(xù)。考慮到分布式存儲可能包含數(shù)十個甚至上百個存儲節(jié)點，雙重RAID的數(shù)據(jù)可靠性明顯超過三副本架構。

存儲虛擬化技術

鐵力士在每個存儲節(jié)點運行在存儲虛擬化管理軟件(SVM)上，把該節(jié)點的存儲資源整合為一個統(tǒng)一管理的存儲池，為分布式系統(tǒng)提供vOSD資源。SVM采用寬條帶機制(見圖3)，將每個vOSD的工作負載均勻分布在節(jié)點的每個磁盤上，大幅提高了單個vOSD的IOPS能力，可有效抵御三副本分布式存儲中的IO分布不均勻現(xiàn)象。

圖 3 節(jié)點內Raid條帶機制

SVM存儲池由節(jié)點內多個RAID小組構成，通過虛擬卷為上層分布式系統(tǒng)提供vOSD存儲服務。每個vOSD對應于三副本中由物理HDD承載的OSD。由分布式一致性哈希算法分配來的數(shù)據(jù)塊，將寫入SVM存儲池中、由虛擬卷支撐的vOSD，而非直接寫入物理硬盤。SVM 利用寬條帶技術，將vOSD的工作負載均勻分布在各個物理磁盤上：每個大小為4MB的vOSD 對象數(shù)據(jù)塊，被分割為32KB的數(shù)據(jù)塊，依次被安排在RAID組的邏輯地址空間中;SVM 對各個RAID小組的邏輯地址空間采取順序寫優(yōu)化策略：首次寫按各個小組的邏輯地址分配地址空間，按順序寫入數(shù)據(jù);后續(xù)重寫，則優(yōu)先填滿空閑地址空間，盡可能實現(xiàn)硬盤順序尋址，最大限度降低機械硬盤較慢的尋址操作次數(shù)，利用機械硬盤順序寫較快的特點來提升IO性能。

二級DRAM+Flash 緩存加速

磁盤陣列中常見的性能加速手段是共享緩存加速，中高端磁盤陣列與低端磁盤陣列的在性能方面的一個重大區(qū)別，除了控制器個數(shù)，就是緩存加速的能力。典型的中高端磁盤陣列能支持的共享緩存加速在512GB到1TB上下。鐵力士借鑒了磁盤陣列的設計，通過SVM虛擬化實現(xiàn)DRAM與Flash相結合的二級緩存加速：通過自適應算法，自動識別動態(tài)或靜態(tài)熱數(shù)據(jù)(高頻率讀寫或最近讀寫數(shù)據(jù))，將最熱的數(shù)據(jù)保存在延遲最小的DRAM中，而將次熱的數(shù)據(jù)保存在更大容量、基于Flash的固態(tài)硬盤上;并由于分布式技術的加持，形成一個容量巨大的分布式二級緩存系統(tǒng)。與中高端磁盤陣列相比較，鐵力士分布式存儲系統(tǒng)支持數(shù)10TB、甚至100TB以上的分布式緩存，相當于其10倍、甚至100倍的緩存容量。

數(shù)據(jù)完整性校驗與數(shù)據(jù)自修復

SVM存儲虛擬化管理借鑒了WAFL(NetApp) 、Btrfs(SuSE)、ZFS(Oracle)、Storage Spaces(微軟)等文件系統(tǒng)的先進經驗，對底層存儲的每個數(shù)據(jù)塊增加一個256比特的校驗碼，并單獨保存在一對固態(tài)硬盤鏡像中，用于快速實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)完整性校驗。一旦校驗碼檢查到數(shù)據(jù)受損，通過節(jié)點內RAID功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自修復。該功能可快速定位硬件故障，并實現(xiàn)硬件故障自動隔離。

關于雙重RAID更多信息，請關注分布式存儲的技術趨勢(三)：雙重Raid與三副本對比。